淺談烘干室風(fēng)速、風(fēng)向?qū)嚿韮?nèi)外板溫度均勻性的影響

劉重陽(yáng) 韓志偉 王劍 李洪嶺

摘 要：文章介紹了目前各主機(jī)廠烘干室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如IMC烘干室、π型烘干室、直通烘干室以及烘干室內(nèi)風(fēng)速的設(shè)計(jì)，不同的風(fēng)向?qū)嚿碛推?、?nèi)板和外板的烘烤影響極其重要。

關(guān)鍵詞：IMC 烘干室;π型烘干室;直通烘干室;烘干室設(shè)計(jì)風(fēng)速;風(fēng)向;車身內(nèi)外板溫度均勻性

中圖分類號(hào)：U445.58+5? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-196-04

Abstract： The current structural characteristics of the ovens in OEMs will be Introduced， such as IMC-type oven， π-type oven， straight through–type oven and there are particularly important effects for the different designs of air velocity and direction to curing effects of carbody paint and inner and outer sheets of carbody.

Keywords：IMC-type oven;π-type oven;Straight through-type oven;Oven air velocity;Oven air direction;Outside and inside sheets temperature uniformity of carbody

CLC NO.： U445.58+5? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）15-196-04

引言

在現(xiàn)代汽車涂裝行業(yè)，設(shè)備技術(shù)開(kāi)發(fā)的第一要?jiǎng)?wù)，就是如何在不斷提高的環(huán)保要求前提下盡量保持設(shè)備的原有質(zhì)量水準(zhǔn)。特別是在智能化的汽車車身噴涂車間內(nèi)，烘干室是噴涂工藝生產(chǎn)最重要的設(shè)備，銜接于電泳、涂膠、中涂、面漆等各大工序的生產(chǎn)，不僅對(duì)車身油漆表面質(zhì)量的優(yōu)劣起到至關(guān)重要的作用，還對(duì)焊裝的結(jié)構(gòu)、發(fā)泡、減震等膠類及涂裝的底涂、焊縫、LASD等膠類的性能都有極為重要的作用，尤其是烘干室內(nèi)風(fēng)速、風(fēng)向等關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)。

下面就目前汽車涂裝車間常用的烘干設(shè)備及其風(fēng)速、風(fēng)向設(shè)計(jì)對(duì)車身內(nèi)外板溫度均勻性及漆膜外觀的影響做一下簡(jiǎn)單的介紹。

1 烘干室用途分類

目前汽車涂裝車間的主要工藝主要包括3C2B和B1B2兩種工藝，在3C2B工藝中烘干室主要包括如下：

（1）電泳烘干室;

（2）中涂烘干室;

（3）清漆烘干室。

在B1B2工藝中烘干室包含如下：

（1）電泳烘干室;

（2）涂膠烘干室;

（3）清漆烘干室。

其中電泳烘干室的主要目的是固化焊裝結(jié)構(gòu)膠、減震膠、發(fā)泡膠等膠類以及電泳底漆等材料;中涂烘干室的作用在于固化中涂油漆以及焊縫膠、底涂膠、LASD等膠類;涂膠烘干室主要用于固化各類涂裝膠類（同中涂，中涂油漆除外）;清漆烘干室主要用于固化色漆、清漆及各種涂裝膠類;

2 烘干室布局、結(jié)構(gòu)分類

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)主機(jī)廠所使用的烘干室根據(jù)整體布局分類主要分為三種：

（1）直通烘干室（見(jiàn)圖1）;

（2）反向單軌烘干室（見(jiàn)圖2）;

（3）π型烘干室（見(jiàn)圖3）。

其中直通烘干室優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備前期投資少，缺點(diǎn)是如果出入口氣封設(shè)計(jì)不合理，會(huì)有較多的熱量從出入口溢出;反向單軌烘干室優(yōu)勢(shì)在于布局柔性化，對(duì)于出口和入口在同一側(cè)此種布局較為適宜，缺點(diǎn)是由于輸送節(jié)距較另外兩種烘干室長(zhǎng)約500～700mm，烘干室總體設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較另外兩種要長(zhǎng)，設(shè)備前期投資要增多，π型烘干室優(yōu)勢(shì)在于烘干室在上部，節(jié)能效果好。

烘干室按加熱方式可分為以下五種：

（1）直接加熱：適用于外觀要求低的油漆固化，如烤漆家具、自行車等涂裝;

（2）間接加熱：適用于汽車車身、前后保險(xiǎn)桿等外觀要求高的電泳漆、清漆固化;

（3）輻射加熱（紅外線）：適用于汽車車身等外觀要求高的清漆固化;

（4）特殊加熱（紫外線）：僅適用于紫外線固化涂料;

（5）（照射）等離子、電子束：僅適用于電子束固化涂料。

烘干室按結(jié)構(gòu)不同主要由以下三部分組成：

2.1 氣封（入口氣封+出口氣封）

由于烘干室溫度遠(yuǎn)高于外界環(huán)境溫度，為防止熱量因?qū)α鞣绞酵庖缂坝韶?fù)壓引起的微小顆粒進(jìn)入，其出入口必須設(shè)置氣封裝置，其方式有以下三種;

（1）根據(jù)走停式生產(chǎn)設(shè)置爐門(mén);

（2）根據(jù)圖2和圖3設(shè)置進(jìn)出口氣封，依據(jù)熱空氣密度小會(huì)上升的原理達(dá)到有效阻隔熱量外溢的效果;

（3）利用高風(fēng)速建立空氣風(fēng)幕阻隔熱量外溢，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

2.2 升溫段+保溫段

熱風(fēng)式烘干室是靠循環(huán)空氣的對(duì)流傳遞熱量，汽車車身一個(gè)有較多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物體，其升溫均勻性直接由循環(huán)系統(tǒng)決定，因此熱風(fēng)循環(huán)是烘干室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。它由離心風(fēng)機(jī)、循環(huán)風(fēng)管、送風(fēng)口和排風(fēng)口、燃燒系統(tǒng)等組成。

升溫段和保溫段一般裝備有循環(huán)風(fēng)機(jī)和廢氣風(fēng)機(jī)。循環(huán)風(fēng)機(jī)是從烘干室內(nèi)抽氣，經(jīng)加熱裝置加熱到設(shè)定溫度（設(shè)定時(shí)間內(nèi)）再送回到烘干室內(nèi);廢氣風(fēng)機(jī)是從烘干室內(nèi)抽出電泳工序中經(jīng)烘干后產(chǎn)生的VOCs然后集中裂解處理以滿足環(huán)保要求。

車身在烘干室內(nèi)應(yīng)處于同一溫度下，這點(diǎn)十分重要，需要保持烘干室的風(fēng)速均勻，應(yīng)設(shè)計(jì)采用調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)來(lái)調(diào)整吹風(fēng)口的風(fēng)速，因?yàn)檐嚿韨€(gè)別區(qū)域烘干不均勻、過(guò)烘干等缺陷多為吹風(fēng)口調(diào)整不良造成的，車身升溫段、保溫段供風(fēng)方式一般為側(cè)吹風(fēng)，根據(jù)車身結(jié)構(gòu)需求，個(gè)別烘干室也會(huì)采取側(cè)吹風(fēng)+底吹風(fēng)相結(jié)合形式。

2.3 強(qiáng)冷

強(qiáng)冷由吹冷風(fēng)的冷卻箱體、送排風(fēng)機(jī)組、循環(huán)風(fēng)管及車身所通過(guò)的室體等組成。其所需的冷空氣一般室外供風(fēng)，經(jīng)過(guò)濾器然、表冷器、加熱器（表冷器和加熱器視工況而定）后由送風(fēng)風(fēng)機(jī)送到強(qiáng)冷室兩側(cè)的風(fēng)道，再通過(guò)風(fēng)嘴吹向車身。冷卻車身后的空氣從強(qiáng)冷室上部排向室外，或者在冬季通過(guò)連鎖三通閥室外新鮮空氣與循環(huán)空氣混合使用，可提高強(qiáng)冷空氣溫度，避免空氣溫度過(guò)低吹至車身導(dǎo)致冷凝產(chǎn)生。強(qiáng)冷室風(fēng)嘴設(shè)計(jì)應(yīng)和升溫段風(fēng)嘴布置一致（見(jiàn)圖8），使車身由內(nèi)而外冷卻，效果較好，在閃干強(qiáng)冷中效果尤為明顯，避免車身由于內(nèi)腔溫度降不下來(lái)導(dǎo)致再次熱傳導(dǎo)至外部門(mén)檻，從而清漆噴涂工序門(mén)檻位置出現(xiàn)漆膜鼓包、橘皮等弊病，同時(shí)風(fēng)量及風(fēng)速也需合理設(shè)計(jì)。

現(xiàn)以電泳烘干室為例介紹一下風(fēng)速及風(fēng)向的重要性，前文中筆者已提出，電泳烘干室的作用不僅在于烘烤電泳漆，還要兼顧各種焊裝膠類的烘烤。

目前很多主機(jī)廠關(guān)于電泳漆面臨的現(xiàn)狀是車身外板如四門(mén)兩蓋等位置電泳漆烘烤達(dá)標(biāo)，而內(nèi)腔及底盤(pán)電泳漆烘烤不達(dá)標(biāo)，電泳漆交聯(lián)反應(yīng)不能正常進(jìn)行，甚至車身出烘干室后個(gè)別部位電泳漆還處于濕膜狀態(tài)，各項(xiàng)性能指標(biāo)如鉛筆硬度、附著力、耐鹽霧性、耐酸堿性、杯凸、耐沖擊性等不達(dá)標(biāo)，致使防腐能力嚴(yán)重不能滿足標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)于焊裝膠，由于焊裝結(jié)構(gòu)膠、減震膠同樣需要在電泳烘干室內(nèi)烘烤，其烘烤狀態(tài)面臨同樣的問(wèn)題，底盤(pán)及地板位置處膠無(wú)法進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致電泳拆解車膠類覆蓋率不滿足要求，另外關(guān)于發(fā)泡膠，其主要作用是隔音降噪作用，如烘烤溫度不足，發(fā)泡膠狀態(tài)不良，隔音降噪效果會(huì)變差，從而導(dǎo)致客戶滿意度降低。

圖5為某電泳漆廠家的烘烤窗口，油漆最低固化溫度為160°C*15min，圖6為某焊裝結(jié)構(gòu)膠的烘烤窗口，最低固化溫度為160°C*20min，因此，電泳烘干室需要保證車身上所有位置最低溫度至少達(dá)到160°C*20min以上（圖6藍(lán)色區(qū)域?yàn)槟z類可接受烘烤范圍）。

2018年中期，筆者在某基地進(jìn)行烘干室調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在烘干室風(fēng)嘴風(fēng)速10～13m/s情況下，車身外表達(dá)到165°C*28min時(shí)B柱內(nèi)板下端只有165°C*8min，根本無(wú)法滿足電泳漆及焊裝膠的固化要求，后經(jīng)仔細(xì)分析烘干室結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，烘干室內(nèi)部風(fēng)嘴布置不合理，不能將熱風(fēng)有效地送入車身內(nèi)部，導(dǎo)致車身內(nèi)部前地板、B柱內(nèi)板下端等位置電泳漆、焊裝膠等無(wú)法達(dá)到固化要求，從而使車身防腐達(dá)不到預(yù)期效果，車身內(nèi)板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、隔音降噪達(dá)不到預(yù)期效果（車身截面圖B柱內(nèi)板下端1、車身前地板2）。

分析了根本原因后，筆者組織對(duì)烘干室進(jìn)行了改造，改造主要體現(xiàn)以下兩方面：

（1）噴嘴布置：在烘干室內(nèi)部加開(kāi)風(fēng)嘴，改變風(fēng)嘴形式，增加一些角度較大的風(fēng)嘴（65°斜噴嘴，整體布局見(jiàn)圖8），將熱風(fēng)送入車身內(nèi)部，增大車身內(nèi)部供能，減小內(nèi)板與外板的溫差;

（2）風(fēng)速：提高烘干室內(nèi)部風(fēng)嘴風(fēng)速，通過(guò)封堵部分原有風(fēng)嘴將其余風(fēng)嘴風(fēng)速增加到16m/s以上，在增加風(fēng)速后，由圖8可以看到，風(fēng)嘴將熱風(fēng)通過(guò)車窗有效地將熱風(fēng)送入車身內(nèi)部，增大車身內(nèi)部的熱量。

圖10為烘干室改造前后的爐溫曲線對(duì)比，由圖可見(jiàn)，改造前內(nèi)外板爐溫差值在50°C左右，而改造后內(nèi)外板溫差在20°C左右，所有測(cè)量點(diǎn)均滿足電泳漆和焊裝膠類的固化要求，經(jīng)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)整車防腐耐久性提升，車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、隔音降噪功能提升，改造效果顯著。

3 結(jié)論

上述案例只是筆者針對(duì)電泳烘干室所采取的改造案例，效果較好，電泳漆外觀在改造前后也沒(méi)有變化，但對(duì)于清漆烘干室筆者建議需要謹(jǐn)慎對(duì)待，因?yàn)楹娓墒覍?duì)電泳漆和清漆的固化還是有較大的區(qū)別，尤其是風(fēng)速;眾所周知，在B1B2工藝中，膠烘干室的一般設(shè)計(jì)升溫時(shí)間10min，保溫時(shí)間10min，而大多數(shù)的涂裝膠要滿足140°C累加20min以上的時(shí)間，這就意味著膠類固化至少有10min的時(shí)間需要放在清漆烘干室內(nèi)完成固化，而對(duì)于車身內(nèi)部的焊縫膠、LASD等同樣需要如電泳烘干室改造后的風(fēng)嘴布置及較大的風(fēng)速才能滿足車身內(nèi)部膠類的固化要求，但是增大風(fēng)速對(duì)清漆的外觀有較大影響，尤其是橘皮，所以這里烘干室改造要進(jìn)行綜合考量， 謹(jǐn)慎對(duì)待，既要滿足涂裝膠的固化要求、又要保證清漆的外觀不會(huì)有較大下降。

綜上，關(guān)于烘干室的研究還有較長(zhǎng)的路要走，需要同時(shí)綜合布局、結(jié)構(gòu)、風(fēng)量、風(fēng)速以及能耗等多方面因素去研究，在節(jié)能減排的大環(huán)境下，在做出好的產(chǎn)品的同時(shí)又降低了能耗是當(dāng)前的研究的重點(diǎn)工作。